DE2238779A1

DE2238779A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2238779A1
Application number: DE2238779A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl Ing Schabert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-07
Filing date: 1972-08-07
Publication date: 1974-02-21
Also published as: CH557076A; GB1429964A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAPT Erlangen, den '

Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.

VPA 72/9458 Sm/Hgr

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Kernreaktor

Zusatz zu Patent (Anm. P 22 17 398.4 = VPA 72/9424)

Im Hauptpatent (Anm. P 22 17 398.4) wird ein Kernreaktor mit einem von einer Schutzhülle umschlossenen Reaktordruckbehälter, der den Reaktorkern enthält, und einem Kühlmittelkreis, sowie mit einem Nach- und Notkühlsystem behandelt, zu dem ein blutbehälter gehört. Nach dem Vorschlag des Hauptpatentes ist der. Flut behält er in der Schutzhülle angeordnet und er enthält oberhalb der Oberkante des Reaktorkerns eine zu dessen Fluten ausreichende Wassermenge. Man erhöht dadurch die Sicherheit der Notkühlung für den Reaktorkern und verringert zugleich den für die Notkühlung erforderlichen Aufwand, wie im Hauptpatent im einzelnen erläutert ist.

Ziel der Erfindung ist eine Weiterbildung des Kernreaktors nach dem Hauptpatent, mit der, die Sicherheit der Notkühlung nochmals erhöht wird, ohne daß große bauliche Veränderungen erforderlich sind.

Erfindungsgemäß ist der Flutbehälter durch Zwischenwände unterteilt. Auf diese Weise erhält man eine Schottung, die den Flutbehälter gegen Störungen unanfälliger macht. Zum Beispiel gestattet die Erfindung Reparaturarbeiten an einzelnen Behälterteilen, ohne daß das Fluten des Reaktors im Notfall beeinträchtigt wird. Auch beim Zerbrechen eines Behälterteils sind die übrigen für die Notkühlung des Reaktors weiterhin verfügbar.

Die Oberkante der Zwischenwände liegt vorteilhaft knapp unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels im Flutbehälter. Mit Oberkante ist dabei der niedrigste Punkt der Zwischenwand oder eines in ihr enthaltenen Schlitzes bzw. Loches im Bereich der Flüssigkeit gemeint. Man erreicht dadurch den Vorteil, daß maß

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trotz der Schottung mit einer einzigen leitung zum Füllen des gesamten Flutbehälters auskommen kann. Die Teilbehälter brauchen also nicht mit eigenen Fülleitungen versehen zu werden.

Torteilhaft ist eine einzige, wenn auch gegebenenfalls mehrfach ausgeführte Überwachungseinrichtung für den Flüssigkeitsstand in mehreren Teilbehältera. Auch dies läßt sich durch die unterhalb des normalen Flüssigkeitsepiegels liegende Oberkante der Zwischenwände ermöglichen. Man kann aber auch anderweitig eine Verbindung zwischen den Teilbehältern herstellen, die die gemeinsame Überwachung gestattet. Zum Beispiel kann man im unteren Teil einer Zwischenwand eine vorzugsweise sperrbare Rohrleitung mit einem gegenüber der Fläche der normalen Auslaufleitung kleinen Querschnitt anordnen. Über diese kleine Leitung steht das Wasser jedes Teilbehälters, wenn auch zeitlich verzögert, mittelbar über die anderen Teilbehälter für Notkühlzwecke im Sumpf des Reaktorgebäudes auch dann zur Verfügung, wenn der zu einem Teilbehälter an sich gehörende Auslaß nicht betriebsfähig sein sollte.

Vorteilhafterweise kann mindestens eine Ablaßleitung des primären Kühlmittelkreises, die beispielsweise von einem Sicherheitsventil ausgeht, in einen der Teilbehäl*er münden. Der Teilbehälter, gegebenenfalls auch mehrere Teilbehälter, wirkt dann als Kondensationskammer, durch die heißes Kühlmittel abgekühlt und damit unschädlich gemacht wird.

Es empfiehlt sich, die Teilbehälter durch leichte Deckel oder Membranen von der Atmosphäre der Schutzhülle zu trennen. Auf diese Weise verhindert man nämlich einerseits eine Verunreinigung der Flüssigkeit im Flutbehälter oder der Luft im Reaktorgebäude und erhält doch eine ausreichende Belüftung, wie sie für das schnelle Ausströmen des Wassers im Gefahrenfall notwendig ist.

Für den Notfall kann mindestens einer der Teilbehälter mit

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einer in den oberen Bereich der Schutzhülle führenden Sprühe leitung verbunden sein. Zweck solcher Sprühleitungen ist bekanntlich das Versprühen von Wasser zur Kondensation von Dampf, der bei einem Unfall aus dem Kühlsystem des Reaktors in die Schutzhülle austritt.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in Fig. 1 als Vertikalschnitt durch einen Kernreaktor nach der Erfindung und in Fig. 2 als horizontaler Teilschnitt gezeichnet ist. Die Fig. 3 zeigt im schematischen Rohrplan die Leitungsführung bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Flutbehälters. ·

Der gezeichnete Kernreaktor ist ein Druekwasserleistungsreaktor mit 1200 MW elektrischer Leistung. Er zählt mi.thin zu den größten,, gegenwärtig zur industriellen Energieerzeugung vorgesehenen Reaktoren. Sein Reaktordruckbehälter l*\der mit einem Deckel 2.verschlossen ist, umschließt den gestrichelt angedeuteten Reaktorkern 3· Der Reaktordruckbehälter ist über Kühlmittelstutzen 5 und 6 mit einer Kühlmittelpumpe 7 einerseits und einem Dampferzeuger 8 andererseits verbunden, so daß sich die durch die Pfeile 10 angedeutete Strömung des Primärkühlmittels ergibt. Als Primärkühlmittel wird leichtes Wasser verwendet, das einen zur Reaktivitätssteuerung geeigneten Borsäurezusatz enthalten kann.

Der Reaktordruckbehälter 1 sitzt in einem zylindrischen biologischen Schild 15, der oberhalb des Druckbehälterdeekels 2 mit einem'Betondeckel 16 verschlossen ist. Ein zweiter größerer Zylinder 18 aus Beton umschließt nicht nur den Reaktordruckbehälter 1, sondern auch die wesentlichen Elemente des primären Kühlkreises, nämlich die Hauptkühlmittelpumpe 7 und den Dampferzeuger 8.

Der Zylinder 18 und die genannten Teile des Kernreaktors und des primären Kühlmittelkreises sind in einer Stahlkugel 20

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eingeschlossen, die für den Ausgleichsdruck bemessen ist, der bei dem GaTJ auftritt. Pur diesen Fall wird unterstellt, daß das gesamte Kühlmittel austreten kann und als Dampf einen bestimmten Druck von z.B. 5 bar aufbaut, dem die Stahlkugel als Schutzhülle gewachsen sein muß, denn sie hat die Aufgabe, unter allen Umständen sicherzustellen, daß keine radioaktiv verseuchten Stoffe austreten können.

Die Stahlkugel 20 ist von einem Betongebäude 22 umgeben und abgestützt, das als Sekundärabschirmung, als Wetterschutz der Stahlkugel 20 sowie als mechanischer Schutz für von außen einwirkende Kräfte dient.

Wie die Fig. 1 zeigt, ist am oberen Rand 23 des Zylinders 18 ein ringförmiger hohler Betonkörper 24 angeordnet, dessen Querschnittsform durch die Abschrägung der Seite 25 der Form der Schutzhülle 20 angepaßt ist. Der Hohlraum 26 des Ringes enthält als Flutbehälter das zum Fluten des Reaktorkerns 3 erforderliche Kühlwasser. Seine Innenwand 27 ist mit glasfaserverstärktem Kunststoff belegt, um die erforderliohe Dichtigkeit und eine gewisse Festigkeit zu erhalten, die das Austreten des Kühlwassers bei Rissen im Beton verhindert.

Wie man sieht, liegt der Flutbehälter 24 beim Ausführungsbeispiel oberhalb der höchsten Teile des Dampferzeugers 8 und somit um ein Mehrfaches der Höhe des Reaktordruckbehälters 1 oberhalb der Oberkante des Reaktorkerns 3. Deshalb kann das Kühlwasser dem Reaktorkern durch eine Falleitung 30 zugeführt werden.

Der Flutbehälter 24 ist durch Zwischenwände 28 in vier größere Teile 105 und einen kleineren Teil 106 unterteilt (Fig. 2). Die Zwischenwände 28 sind zu diesem Zweck viermal um jeweis 80° und einmal um 40° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Sie enthalten in ihrem unteren Teil Rohrleitungen 91» die mit Ventilen 92 absperrbar sind. Die Oberkante 93 der

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Zwischenwände 28 liegt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Zu diesem Zweck ist in der Zwischenwand 28 ein Schlitz 95 vorgesehen, wie auf der rechten Seite der Fig. 1 zu sehen ist. Dadurch wird es möglich, das Plussigkeitsniveau im Flutbehälter 24 mit einer einzigen Überwachungseinrichtung 96 zu kontrollieren. Beim Ausführungsbeispiel umfaßt die Überwachungseinrichtung einen Schwimmer 97, der über ein Gestänge 98 einen Schalter 99 betätigt.

Die Fig. 2 läßt ferner erkennen, daß jedem der vier großen Teilbehälter 105 eine eigene Auslaßleitung 30 zugeordnet ■ ist. Darüber hinaus führt in den kleineren Teilbehälter 106 eine Steigleitung 102, durch die aus einem Sicherheitsventil 103 kommendes' Kühlmittel über einen Verteiler 104 in den Flutbehälter unterhalb der Wasseroberfläche abgelassen werden kann, so daß dort eine Abkühlung des Kühlmittels stattfindet. Auf diese Weise, kann eine Entlastung des Kühlmittelkreises bei zu hohem Druck erreicht werden, ohne daß Dampfschwaden ins Reaktorgebäude austreten und das Personal gefährden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Flutbehälter mit dem Kühlwasser 42 wiederum an der Außenseite des Betonzylinders 18 angeordnet. Die Falleitung 30 ist jedoch verdickt ausgeführt, wie man sieht. Sie führt über die Rückschlagklappen 31 und 31' zum Uotkühlsystem, das wiederum den Druckspeicher 35 umfaßt. Dieser ist über Rückschlagklappen 34 und 34' an den heißen (HS) und kalten (KS) Strang des Kühlsystems des Kernreaktors angeschlossen, wo Rückschlagklappen 40 und 40' vorgesehen sind. Innerhalb der Schutzhülle 20 ist ein aus Beton bestehendes Lagerbecken 60 für Brennelemente vorgesehen, das Kühlwasser 61 enthält. Das Brennelement-Lagerbecken 60 ist über eine Saugleitung 62 mit einer Rückschlagklappe 63 und einem Ventil 64 mit der Machkühlpumpe 50 verbunden, die wiederum über den Rückkühler 55 fördert.

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In der über die Rückschlagklappen 53 und 53' an den Reaktorkühlmittelkreis, und zwar zwischen den Rückschlagklappen 31 und 31' und dem nicht gezeichneten Reaktordruckbehälter, angeschlossenen Leitung ist eine Drossel 67 Torgesehen. Vor dieser Drossel zweigt eine Leitung 68 ab, die über ein Ventil 69 und eine Drossel 70 sowie eine Leitung 71 zum Brennelement-Lagerbecken 60 zurückführt. Mithin kann die Nachkühlpumpe 50 einen Kreislauf über den Rückkühler 55 und das Brennelement-Lagerbecken in Gang setzen.

Durch den Anschluß 51, der über eine Klappe 92 und über ein Ventil 73 absperrbar ist, kann die Nachkühlpumpe 50 nach einem GaU als Sumpfpumpe verwendet werden. Der Umlauf für die Notkühlung ist mit Hilfe der Drossel 67 so eingestellt, daß die Kühlung des Brennelement-Lagerbeckens ebenfalls sichergestellt wird. Für diesen Fall ergibt sich eine vorbestimmte Verzweigung der mit der Pumpe 50 geförderten Flüssigkeitsmenge.

Die Teilbehälter 105 sind oben mit Kunststoffmembranen 110 verschlossen, die beim Ausströmen des Wassers durch die Leitungen 30 reißen, damit kein Unterdruck das Fluten des Reaktors behindert. Für den Teilbehälter 106 kann man einen festeren Deckel wählen, damit ein Abschluß auch beim Ansprechen des Sicherheitsventils 103 erhalten bleibt.

Für den normalen Nachkühlvorgang ist dagegen ein Ventil 74· geöffnet, so daß ein Kühlmittelumlauf über den Rückkühler 55» die Drossel 67 sowie die Klappe 53' zum Reaktorkern und von dort über das Ventil 74 zurück geschlossen ist. Die Klappe wird dabei durch einen Stellantrieb zwangsläufig verschlossen.

Da der normale Nachkühlvorgang zeitweise mit erhöhtem Druck abläuft, werden die vier mit je einem Teilbehälter 105 verbundenen Teilkühlsysteme so geschaltet, daß eines oder mehrere diese Nachkühlung besorgt, während ein anderes oder mehrere andere zur Beckenkühlung abgetrennt sind.

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Die Falleitung 30 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 noch mit einer Saugleitung 76 einer Sicherheitseinspeisepumpe 77 verbunden. Deren Druckleitung 78 ist über ein Umschaltventil" 79 und Rückschlagklappen 80, 80' an die Anschlüsse des Druckspeichers 3.5 angeschlossen. Die Sicherheitseinspeisepumpe fördert aus dem Flutbehäiter 24 strömendes Kühlmittel dann in den Reaktorkern, wenn nur ein kleines Leck und infolgedessen ein hoher Gegendruck vorliegt.

An die Anschlußventile 91 der Leitung 68 ist eine sogenannte Sprühleitung . angeschlossen. Sie umfaßt ein Ventil 106 und eine diesemnachgeschaltete Drosselstelle 107 zur Begrenzung des aus dem Flutbehälter 24 strömenden, von der Nachkühlpumpe.50 geförderten Wassers zu einer Sprühanlage 108, mit der das Wasser zum Niederschlagen von Dampf im oberen Teil der Schutzhülle 20 versprüht werden kann.

7 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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Patentansprüche:

Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktor, mit einem von einer Schutzhülle umachlossenen Reaktordruckbehälter, der den Reaktorkern enthält, und einem Kühlmittelkreis, sowie mit einem Nach- und Notkühlsystem, zu dem ein blutbehälter gehört, wobei der Flutbehälter in der Schutzhülle angeordnet ist und oberhalb der Oberkante des Reaktorkernes eine zu dessen Fluten ausreichende Wassermenge enthält, nach Patent (Anm. P 22 17 398.4 = VPA 72/9424), dadurch gekennzeichnet, daß der Flutbehälter (24) durch Zwischenwände (28) unterteilt ist.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (93) der Zwischenwände (28) unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels im Flutbehälter (24) liegt.
3. Kernreaktor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine einzige Überwachungseinrichtung (96) für den Flüssigkeitsstand in mehreren Teilbehältern (105,106).
4. Kernreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil einer Zwischenwand (28) eine vorzugsweise sperrbare Rohrleitung (91) mit einem gegenüber der Fläche der normalen Ablaufleitung (30) kleinen Querschnitt angeordnet ist.
5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Abblaseleitung (102) des Kühlmittelkreises in einen der Teilbehälter (106) mündet.
6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Teilbehälter (105) mit einer in den oberen Bereich der Schutzhülle (20) führenden Sprühleitung (108) verbunden ist.
7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbehälter (105,106) durch Deckel

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oder Membranen von der Atmosphäre der Schutzhülle getrennt sind.

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